JP2005003093A - Internal combustion engine with double link type connecting rod mechanism - Google Patents

Internal combustion engine with double link type connecting rod mechanism Download PDF

Info

Publication number
JP2005003093A
JP2005003093A JP2003167353A JP2003167353A JP2005003093A JP 2005003093 A JP2005003093 A JP 2005003093A JP 2003167353 A JP2003167353 A JP 2003167353A JP 2003167353 A JP2003167353 A JP 2003167353A JP 2005003093 A JP2005003093 A JP 2005003093A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piston
link
internal combustion
combustion engine
crankshaft
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2003167353A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Genshiro Endo
元志郎 遠藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2003167353A priority Critical patent/JP2005003093A/en
Publication of JP2005003093A publication Critical patent/JP2005003093A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To increase the speed of a piston after a top dead center without excessively increasing pressure on the piston. <P>SOLUTION: This internal combustion engine comprises the piston 30 and a crank shaft 40 connected together via a double link type connection rod mechanism 50. The double link type connection rod mechanism 50 consists of a first connection link 52, a second connection link 54, and a supporting link 56. A value for a connection rod ratio represented by the ratio of the length of the first connection link 52 to the length of a crank arm portion 44 of the crank shaft 40 is set to be 1.0 or greater and 2.0 or smaller. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複リンク式コンロッド機構を有する内燃機関に関する。
【0002】
【従来の技術】
ピストン−クランク機構には単リンク式と複リンク式とが存在する。単リンク式ピストン−クランク機構は、ピストンとクランクシャフトが単一のリンク(コネクティングロッド)により連結されている機構である。また複リンク式ピストン−クランク機構は、ピストンとクランクシャフトが複数のリンクにより構成されたコネクティングロッド群により連結されている機構である。なお、複数のリンクにより構成されたコネクティングロッド群を「複リンク式コンロッド機構」と呼ぶ。
【0003】
ところで、一般にガソリンエンジンにおけるノッキングは、点火後に端ガスが自発的に着火してしまうことによって生ずる。そこで、ノッキングを防止するためには、上死点後のピストン速度を大きくして、端ガスの圧力・温度を低下させればよい。このためには、単リンク式ピストン−クランク機構では、コネクティングロッドの長さとクランクシャフトのクランクアーム部の長さとの比(連桿比)を小さくすればよいことが知られている。
【0004】
一方、複リンク式ピストン−クランク機構に関しては、例えば特許文献1にピストン速度を変化させる技術が開示されている。
【0005】
【特許文献1】
特開2001−342859号公報
【特許文献2】
特開2001−263113号公報
【特許文献3】
特開昭62−35033号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献1の技術は、上死点前後のピストンストローク速度を小さくするものであり、ノッキングに関しては悪影響を与えるものである。このように従来の複リンク式ピストン−クランク機構では、上死点後のピストン速度を大きくすることによってノッキングを発生しにくくする技術は知られていなかった。
【0007】
一方、単リンク式ピストン−クランク機構において、連桿比の値を小さくして上死点後のピストン速度を大きくする場合には、燃焼荷重によりピストンに作用する側圧力が過大に大きくなるという問題があった。すなわち、連桿比を小さくするとは、コネクティングロッドの長さを短くすることであり、このときシリンダの軸方向中心線とコネクティングロッドの軸方向中心線との成す角度は大きくなる。従って、ピストンに作用する側圧力が大きくなり、フリクションが増加するうえ、ピストンスカートの磨耗も増加するという問題が生ずる。
【0008】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、ピストンに作用する側圧力を過度に大きくすることなく上死点後のピストン速度を大きくすることができる技術を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記目的を達成するために、本発明の第1の内燃機関は、
シリンダと、
前記シリンダ内を往復運動するピストンと、
駆動軸を中心に回転するクランクシャフトと、
前記ピストンと前記クランクシャフトとを連結する複リンク式コンロッド機構と、
を備え、
前記複リンク式コンロッド機構は、前記クランクシャフトに回転可能に連結された第1連結リンクと、前記第1連結リンクに回動可能に連結されているとともに前記ピストンにピストンピンを介して連結された第2連結リンクと、前記第1連結リンクと前記第2連結リンクとの連結部に回動可能に連結されているとともに内燃機関本体の支持点に回動可能に固定された支持リンクと、を備え、
前記第1連結リンクの長さと前記クランクシャフトのクランクアーム部の長さとの比で表される連桿比の値が1.0以上で2.0以下の値に設定されている、ことを特徴とする。
【0010】
この内燃機関では、シリンダの軸方向中心線と第2連結リンクの軸方向中心線とが成す角度(以下「振れ角φ」と呼ぶ)の値を、単リンク式ピストン−クランク機構におけるコネクティングロッドの振れ角に比較して小さい値とすることができる。すなわち、ピストンの往復運動に伴い、第2連結リンクがシリンダの軸方向中心線と平行に近い状態で移動するようにすることができる。これは、第2連結リンクの下端部(第1連結リンクとの連結部)が、内燃機関本体の支持リンクを支持する点を中心とし半径が支持リンクの長さである円弧上を往復運動するため、第2連結リンクの下端部とシリンダの軸方向中心線との距離を小さい範囲に収めることができるからである。一方、単リンク式ピストン−クランク機構では、コネクティングロッドの下端部(クランクシャフトとの連結部)は、クランクシャフトの駆動軸を中心とし半径がクランクアームの長さである円周上を回転する。従って、コネクティングロッドの下端部とシリンダの軸方向中心線との距離は大きくなり、振れ角φは大きくなる。なお、単リンク式ピストン−クランク機構における振れ角φとは、シリンダの軸方向中心線とコネクティングロッドの軸方向中心線とが成す角度をいうものとする。
【0011】
上述したとおり、この内燃機関では、ピストンの往復運動に伴い、第2連結リンクはシリンダの軸方向中心線と平行に近い状態で移動する。従って、第1連結リンクが、単リンク式ピストン−クランク機構におけるコネクティングロッドの働きに近い働きをする。よって、本内燃機関における連桿比は、実質的に第1連結リンクの長さとクランクシャフトのクランクアーム部の長さとの比で表される。そして単リンク式ピストン−クランク機構と同様に、第1連結リンクの長さを短くして連桿比の値を小さく設定すれば、上死点後のピストン速度を大きくすることができる。
【0012】
ここで、この内燃機関では、第1連結リンクの長さを短くすることにより、第1連結リンクの上端部(第2連結リンクとの連結部)の軌跡が、第1連結リンクの下端部(クランクシャフトとの連結部)の軌跡である円周と重なっても、問題は発生しない。これは、第2連結リンクが存在するため、ピストンとクランクシャフトとの干渉を発生させなくすることができるからである。従って連桿比の値を小さく設定し、上死点後のピストン速度を大きくすることができる。
【0013】
また、この内燃機関では、振れ角φの値を小さい範囲の値とすることができるので、ピストンに作用する側圧力を小さく抑えることができる。
【0014】
前記複リンク式コンロッド機構は、前記第2連結リンクの軸方向中心線が、前記ピストンの上死点の後に前記シリンダの軸方向中心線と平行になるように構成されていてもよい。
【0015】
ピストンに作用する燃焼荷重が大きいのは上死点の後である。従ってこの構成によれば、燃焼荷重が大きいときの振れ角φが小さくなり、ピストンに作用する側圧力をより小さく抑えることができる。
【0016】
前記シリンダの軸方向中心線は、前記クランクシャフトの駆動軸よりも、前記内燃機関本体の前記支持点からの距離が近くなるようにオフセットされていてもよい。
【0017】
この構成によれば、連桿比の値を小さくしても振れ角φを小さくすることができ、ピストンに作用する側圧力を過度に大きくすることなく上死点後のピストン速度を大きくすることができる。
【0018】
本発明の第2の内燃機関は、
シリンダと、
複リンク式ピストン−クランク機構と、
を備え、
前記複リンク式ピストン−クランク機構は、前記シリンダ内を往復運動するピストンと、駆動軸を中心に回転するクランクシャフトと、前記ピストンと前記クランクシャフトとを複数のリンクにより連結する複リンク式コンロッド機構と、を備え、
前記複リンク式ピストン−クランク機構は、前記ピストンのストロークが前記複リンク式ピストン−クランク機構と同じ値となるように構成された単リンク式ピストン−クランク機構に比べて、ピストン上死点近傍のピストン速度変化率が大きくなるように構成されている、ことを特徴とする。
【0019】
この内燃機関においても、複リンク式コンロッド機構を採用することによって、ピストンに作用する側圧力を過度に大きくすることなく、単リンク式ピストン−クランク機構と比較して、ピストン上死点近傍のピストン速度変化率を大きくすることができる。すなわち、ピストン上死点前後のピストン速度を大きくすることができる。
【0020】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、ピストン−クランク機構、内燃機関、外燃機関、その機関を備える移動体等の態様で実現することができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
A.実施例:
B.変形例:
【0022】
A.実施例:
図1は、本発明の一実施例としての内燃機関におけるピストン−クランク機構の構成を示す概念図である。この機構は、シリンダ20と、ピストン30と、クランクシャフト40と、複リンク式コンロッド機構50とを備えている。
【0023】
複リンク式コンロッド機構50は、第1連結リンク52と、第2連結リンク54と、支持リンク56とを備えている。第1連結リンク52と第2連結リンク54とは接続ピン58によって回動可能に連結されている。第1連結リンク52の下端は、クランクピン46によってクランクシャフト40のクランクアーム部44の端部に回転可能に連結されている。第2連結リンク54の上端は、ピストンピン32によってピストン30に回動可能に連結されている。支持リンク56は、第1連結リンク52と第2連結リンク54との連結部に接続ピン58によって回動可能に連結されるとともに、反対側の端部において、図示しない内燃機関本体の支持点に回動可能に固定されている。
【0024】
ピストン30が上下に往復運動すると、クランクシャフト40がその駆動軸42を中心に回転する。図1において、黒丸で表示されている連結部(駆動軸42など)は、その軸を中心に回転または回動するが、シリンダ20との相対位置が変化しない連結点(以下「支点」と呼ぶ)である。また、白丸で表されている連結部(接続ピン58など)は、その軸を中心に回転または回動するとともに、シリンダ20との相対位置が変化する連結点(以下「移動連結点」と呼ぶ)である。
【0025】
なお、本実施例の内燃機関は、通常の内燃機関と同じ種々の構成要素(バルブや吸気管、排気管等)を含んでいるが、図1ではピストン−クランク機構とシリンダ20以外は図示が省略されている。
【0026】
図2(A)〜(D)は、ピストン30の移動に伴うピストン−クランク機構の形状変化を示す説明図である。図2(A)は、ピストン30が上死点にあるときの状態であり、図2(C)は、ピストン30が下死点にあるときの状態である。図2(A)〜(D)においては、以下のように各種の連結点および線が表されている。
(1)移動連結点A:ピストンピン32(図1)の中心軸。
(2)移動連結点B:第2連結リンク54の移動連結点Aとは反対側の端部にある連結点。
(3)移動連結点C:第1連結リンク52の移動連結点Bとは反対側の端部にある連結点。
(4)支点D:支持リンク56の移動連結点Bとは反対側の端部にある連結点。
(5)支点E:クランクシャフト40(図1)の駆動軸42(図1)。
(6)線Z−Z:シリンダ20の軸方向中心線
(7)線X−X:支点E(クランクシャフト40の駆動軸42)を通り、線Z−Z(シリンダ20の軸方向中心線)に垂直な線
【0027】
移動連結点Aは、ピストン30の往復運動に伴って上下方向(図2のZ−Z方向)に沿って移動する。移動連結点Bは、移動連結点Aの移動に伴い、支点Dを中心とした円弧上を往復運動する。移動連結点Cは、移動連結点Bの移動に伴い、支点Eを中心とした円周上を回転する。
【0028】
本実施例におけるピストン−クランク機構では、線Z−Z(シリンダ20の軸方向中心線)と第2連結リンク54の軸方向中心線とが成す角度(振れ角φ)の値は、単リンク式ピストン−クランク機構におけるコネクティングロッドの振れ角に比較して小さい値となる。すなわち、ピストン30の往復運動に伴い、第2連結リンク54は線Z−Zと平行に近い状態で移動する。これは、移動連結点B(第2連結リンク54の下端部)は、支点Dを中心とし半径が支持リンク56の長さである円弧上を往復運動するため、移動連結点Bと線Z−Zとの距離は小さい範囲に収まるからである。一方、単リンク式ピストン−クランク機構では、コネクティングロッドの下端部は、クランクシャフトの駆動軸を中心とし半径がクランクアームの長さである円周上を回転する。従って、コネクティングロッドの下端部とシリンダの軸方向中心線との距離は大きくなり、振れ角φは大きくなる。
【0029】
本実施例における連桿比は、第1連結リンク52の長さとクランクシャフト40(図1)のクランクアーム部44の長さとの比で表される。これは、本実施例では、第2連結リンク54は線Z−Z(シリンダ20の軸方向中心線)と平行に近い状態で移動するため、第1連結リンク52が、単リンク式ピストン−クランク機構におけるコネクティングロッドの働きに近い働きをするからである。
【0030】
単リンク式ピストン−クランク機構では、ピストンとクランクシャフトの干渉の問題から、連桿比(コネクティングロッドの長さ/クランクアームの長さ)の値を2.0より小さくすることはできない。一方、本実施例のピストン−クランク機構では、ピストン30の往復運動に伴う移動連結点B(第1連結リンク52の上端部)の軌跡が、移動連結点C(第1連結リンク52の下端部)の軌跡である円周と重なっても、問題は発生しない。これは、第2連結リンク54が存在するため、ピストン30とクランクシャフト40(図1)の干渉が発生しないからである。従って連桿比(第1連結リンク52の長さ/クランクアーム部44の長さ)の値を2.0以下とすることができる。ただし、本実施例においても連桿比の値を1.0より小さくすることはできない。
【0031】
また、上述のように、本実施例における振れ角φの値は単リンク式ピストン−クランク機構と比較して小さい範囲の値となるので、ピストンに作用する側圧力を小さく抑えることができる。
【0032】
図3は、実施例におけるピストン−クランク機構の具体的な寸法の一例を示す説明図である。連桿比の値は1.19であり、1.0以上2.0以下の値となっている。
【0033】
図4は、クランクシャフトの回転数が毎分2000回転のときのクランク角とピストン速度の関係を表す説明図である。図4(A)は、クランク角とピストン速度の関係を表している。また図4(B)は、上死点からのクランク回転角とピストン速度の関係を表している。図4中の実線で表された曲線は図3に示された実施例のピストン−クランク機構の特性であり、図4中の破線で表された曲線はピストンのストロークが実施例と同じ値となるように構成された単リンク式ピストン−クランク機構(比較例)の特性である。図4(A)より、上死点は、本実施例ではクランク角約15度のポイントであり、比較例の単リンク式ピストン−クランク機構ではクランク角0度のポイントである。従って、図4(B)の実線で表された曲線は、図4(A)の実線で表された曲線をクランク角約15度分マイナス側へ平行移動したものに等しい。図4(B)より、上死点後のピストン速度は、本実施例の方が比較例よりも大きいことがわかる。例えば、上死点からのクランク回転角が10度のときのピストン速度は、本実施例では下向きに毎秒2.727メートルであるのに対し、比較例の単リンク式ピストン−クランク機構では下向きに毎秒2.005メートルである。また上死点前のピストン速度も本実施例の方が比較例よりも大きいので、上死点近傍のピストン速度変化率(すなわち曲線の傾き)は、本実施例の方が比較例よりも大きいとも言える。
【0034】
なお、図3の寸法の例では、第2連結リンク54の軸方向中心線は、上死点からのクランク回転角が約10度のときにシリンダ20の軸方向中心線と平行になる。このように第2連結リンク54の軸方向中心線は、上死点の後にシリンダ20の軸方向中心線と平行になるように構成されていることが好ましい。この理由は、ピストンに作用する側圧力を極力小さくするためである。すなわち、膨張行程においてピストンに作用する燃焼荷重は上死点の後に最大となる。従って、燃焼荷重が大きい状態のときに、シリンダ20の軸方向中心線と第2連結リンク54の軸方向中心線とが成す角(振れ角φ)を小さくすれば、ピストンに作用する側圧力を極力小さくすることができるからである。なお「上死点の後」とは、上死点からのクランク回転角の値が0度から90度の範囲の値であることが好ましく、0度から20度の範囲の値であることがさらに好ましい。例えば上死点からのクランク回転角が10度のとき、本実施例では振れ角φの値が0.5度で側圧力の値が0.4kNであるのに対し、比較例の単リンク式ピストン−クランク機構では振れ角φの値が3.207度で側圧力の値が2.6kNである。
【0035】
図2に示すように、シリンダ20の軸方向中心線(線Z−Z)は、クランクシャフト40の駆動軸42(支点E)よりも、支点Dからの距離が近くなるようにオフセットされていることが好ましい。この理由は、最大燃焼荷重の時点におけるシリンダ20の軸方向中心線と第2連結リンク54の軸方向中心線とが成す角(振れ角φ)を小さくし、ピストンに作用する側圧力を小さくするためである。すなわち、例えば線Z−Zが支点Eを通るところまで平行移動した場合、移動連結点Aも同じように平行移動するため、振れ角φは大きくなり、好ましくない。このとき支持リンク56の長さを長くして振れ角φを小さくすることも可能であるが、内燃機関本体が大きくなってしまう上、第1連結リンク52の長さも長く設定する必要があり、好ましくない。
【0036】
以上のように、本実施例では、内燃機関におけるピストン−クランク機構を、ピストンとクランクシャフトを複数のリンクにより構成された複リンク式コンロッド機構により連結し、連桿比を小さく設定する構成としたので、ピストンに作用する側圧力を過度に大きくすることなく上死点後のピストン速度を大きくすることが可能である。
【0037】
B.変形例:
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【0038】
B1.変形例1:
本発明の内燃機関におけるピストン−クランク機構は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの種々の内燃機関や、スターリングエンジンなどの外燃機関を含む任意のピストン機関に利用可能である。また、本発明は、このような機関を備える車両や移動体としても実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例としての内燃機関におけるピストン−クランク機構の構成を示す概念図。
【図2】ピストン30の移動に伴うピストン−クランク機構の形状変化を示す説明図。
【図3】実施例におけるピストン−クランク機構の具体的な寸法の一例を示す説明図。
【図4】クランクシャフトの回転数が毎分2000回転のときのクランク角とピストン速度の関係を表す説明図。
【符号の説明】
20・・・シリンダ
30・・・ピストン
32・・・ピストンピン
40・・・クランクシャフト
42・・・駆動軸
44・・・クランクアーム
46・・・クランクピン
50・・・複リンク式コンロッド機構
52・・・第1連結リンク
54・・・第2連結リンク
56・・・支持リンク
58・・・接続ピン
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an internal combustion engine having a multi-link connecting rod mechanism.
[0002]
[Prior art]
The piston-crank mechanism includes a single link type and a multi-link type. The single link type piston-crank mechanism is a mechanism in which a piston and a crankshaft are connected by a single link (connecting rod). The multi-link type piston-crank mechanism is a mechanism in which a piston and a crankshaft are connected by a connecting rod group constituted by a plurality of links. A connecting rod group constituted by a plurality of links is called a “multi-link connecting rod mechanism”.
[0003]
By the way, knocking in a gasoline engine generally occurs when the end gas spontaneously ignites after ignition. Therefore, in order to prevent knocking, the piston speed after top dead center should be increased to reduce the pressure / temperature of the end gas. For this purpose, it is known that in the single link type piston-crank mechanism, the ratio (continuous ratio) between the length of the connecting rod and the length of the crank arm portion of the crankshaft should be reduced.
[0004]
On the other hand, regarding a multi-link type piston-crank mechanism, for example, Patent Document 1 discloses a technique for changing a piston speed.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2001-342859 A [Patent Document 2]
JP 2001-263113 A [Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 62-35033
[Problems to be solved by the invention]
However, the technique of Patent Document 1 reduces the piston stroke speed around the top dead center, and has an adverse effect on knocking. As described above, in the conventional multi-link type piston-crank mechanism, there is no known technique that makes it difficult for knocking to occur by increasing the piston speed after top dead center.
[0007]
On the other hand, in the single link type piston-crank mechanism, when the piston ratio after top dead center is increased by reducing the value of the linkage ratio, the side pressure acting on the piston is excessively increased by the combustion load. was there. That is, to reduce the linkage ratio is to shorten the length of the connecting rod, and at this time, the angle formed between the axial center line of the cylinder and the axial center line of the connecting rod increases. Accordingly, the side pressure acting on the piston is increased, resulting in a problem that the friction is increased and the wear of the piston skirt is also increased.
[0008]
The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and provides a technique capable of increasing the piston speed after top dead center without excessively increasing the side pressure acting on the piston. For the purpose.
[0009]
[Means for solving the problems and their functions and effects]
In order to achieve the above object, a first internal combustion engine of the present invention includes:
A cylinder,
A piston that reciprocates in the cylinder;
A crankshaft that rotates around a drive shaft;
A multi-link connecting rod mechanism connecting the piston and the crankshaft;
With
The multi-link connecting rod mechanism is rotatably connected to the crankshaft, is rotatably connected to the first connecting link, and is connected to the piston via a piston pin. A second connection link; and a support link rotatably connected to a connection portion between the first connection link and the second connection link and fixed to a support point of the internal combustion engine body. Prepared,
A linkage ratio value represented by a ratio between the length of the first connection link and the length of the crank arm portion of the crankshaft is set to a value of 1.0 or more and 2.0 or less. And
[0010]
In this internal combustion engine, the angle between the axial center line of the cylinder and the axial center line of the second connecting link (hereinafter referred to as “runout angle φ”) is determined as the value of the connecting rod of the single link piston-crank mechanism. The value can be made smaller than the deflection angle. That is, with the reciprocating motion of the piston, the second connecting link can be moved in a state close to being parallel to the axial center line of the cylinder. This is because the lower end portion of the second connecting link (the connecting portion with the first connecting link) reciprocates on an arc whose center is the point supporting the support link of the internal combustion engine body and whose radius is the length of the support link. Therefore, the distance between the lower end portion of the second connecting link and the axial center line of the cylinder can be kept within a small range. On the other hand, in the single link type piston-crank mechanism, the lower end portion (connecting portion with the crankshaft) of the connecting rod rotates on a circumference whose center is the crankshaft drive shaft and whose radius is the length of the crankarm. Therefore, the distance between the lower end portion of the connecting rod and the axial center line of the cylinder is increased, and the deflection angle φ is increased. The swing angle φ in the single link type piston-crank mechanism means an angle formed by the axial center line of the cylinder and the axial center line of the connecting rod.
[0011]
As described above, in this internal combustion engine, with the reciprocating motion of the piston, the second connecting link moves in a state close to being parallel to the axial center line of the cylinder. Accordingly, the first connecting link works like a connecting rod in a single link type piston-crank mechanism. Therefore, the linkage ratio in the internal combustion engine is substantially represented by the ratio between the length of the first connecting link and the length of the crank arm portion of the crankshaft. Similarly to the single link type piston-crank mechanism, the piston speed after top dead center can be increased by shortening the length of the first connecting link and setting the linkage ratio to a small value.
[0012]
Here, in this internal combustion engine, by shortening the length of the first connecting link, the trajectory of the upper end portion of the first connecting link (the connecting portion with the second connecting link) becomes the lower end portion of the first connecting link ( Even if it overlaps with the circumference that is the locus of the connecting portion with the crankshaft, no problem occurs. This is because the presence of the second connecting link prevents the interference between the piston and the crankshaft. Therefore, the value of the linkage ratio can be set small, and the piston speed after top dead center can be increased.
[0013]
Further, in this internal combustion engine, the value of the deflection angle φ can be set within a small range, so that the side pressure acting on the piston can be kept small.
[0014]
The multi-link connecting rod mechanism may be configured such that the axial center line of the second connecting link is parallel to the axial center line of the cylinder after the top dead center of the piston.
[0015]
The combustion load acting on the piston is large after top dead center. Therefore, according to this configuration, the deflection angle φ when the combustion load is large is reduced, and the side pressure acting on the piston can be further suppressed.
[0016]
The axial center line of the cylinder may be offset so that the distance from the support point of the internal combustion engine body is closer than the drive shaft of the crankshaft.
[0017]
According to this configuration, the swing angle φ can be reduced even if the linkage ratio value is reduced, and the piston speed after top dead center can be increased without excessively increasing the side pressure acting on the piston. Can do.
[0018]
The second internal combustion engine of the present invention is
A cylinder,
A multi-link piston-crank mechanism;
With
The multi-link piston-crank mechanism includes a piston that reciprocates in the cylinder, a crankshaft that rotates about a drive shaft, and a multi-link connecting rod mechanism that connects the piston and the crankshaft by a plurality of links. And comprising
The multi-link piston-crank mechanism is closer to the top dead center of the piston than a single-link piston-crank mechanism configured so that the stroke of the piston has the same value as the multi-link piston-crank mechanism. The piston speed change rate is configured to be large.
[0019]
Also in this internal combustion engine, by adopting a multi-link type connecting rod mechanism, the piston near the top dead center of the piston is compared with a single link type piston-crank mechanism without excessively increasing the side pressure acting on the piston. The rate of speed change can be increased. That is, the piston speed before and after the piston top dead center can be increased.
[0020]
In addition, this invention can be implement | achieved in various aspects, for example, can be implement | achieved in aspects, such as a moving body provided with a piston-crank mechanism, an internal combustion engine, an external combustion engine, and the engine.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. Example:
B. Variation:
[0022]
A. Example:
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a configuration of a piston-crank mechanism in an internal combustion engine as one embodiment of the present invention. This mechanism includes a cylinder 20, a piston 30, a crankshaft 40, and a multi-link connecting rod mechanism 50.
[0023]
The multi-link connecting rod mechanism 50 includes a first connection link 52, a second connection link 54, and a support link 56. The first connection link 52 and the second connection link 54 are rotatably connected by a connection pin 58. A lower end of the first connection link 52 is rotatably connected to an end portion of the crank arm portion 44 of the crankshaft 40 by a crank pin 46. The upper end of the second connection link 54 is rotatably connected to the piston 30 by the piston pin 32. The support link 56 is rotatably connected to a connection portion between the first connection link 52 and the second connection link 54 by a connection pin 58, and at the opposite end, a support point of an internal combustion engine body (not shown). It is fixed so that it can rotate.
[0024]
When the piston 30 reciprocates up and down, the crankshaft 40 rotates about its drive shaft 42. In FIG. 1, a connecting portion (such as the drive shaft 42) indicated by a black circle rotates or rotates around the axis, but does not change its relative position with the cylinder 20 (hereinafter referred to as “fulcrum”). ). Further, a connecting portion (a connection pin 58 or the like) represented by a white circle rotates or rotates around its axis and changes its relative position to the cylinder 20 (hereinafter referred to as “moving connection point”). ).
[0025]
The internal combustion engine of the present embodiment includes the same various components (valves, intake pipes, exhaust pipes, etc.) as a normal internal combustion engine, but FIG. It is omitted.
[0026]
2 (A) to 2 (D) are explanatory views showing changes in the shape of the piston-crank mechanism accompanying the movement of the piston 30. FIG. 2A shows a state when the piston 30 is at the top dead center, and FIG. 2C shows a state when the piston 30 is at the bottom dead center. 2A to 2D, various connection points and lines are represented as follows.
(1) Moving connection point A: central axis of the piston pin 32 (FIG. 1).
(2) Moving connecting point B: A connecting point at the end of the second connecting link 54 opposite to the moving connecting point A.
(3) Moving connecting point C: A connecting point at the end of the first connecting link 52 opposite to the moving connecting point B.
(4) Support point D: A connection point at the end of the support link 56 opposite to the moving connection point B.
(5) Support point E: drive shaft 42 (FIG. 1) of the crankshaft 40 (FIG. 1).
(6) Line ZZ: axial center line of cylinder 20 (7) Line XX: passing through fulcrum E (drive shaft 42 of crankshaft 40), line ZZ (axial center line of cylinder 20) Line perpendicular to [0027]
The moving connection point A moves in the vertical direction (the ZZ direction in FIG. 2) as the piston 30 reciprocates. The moving connection point B reciprocates on an arc around the fulcrum D as the movement connection point A moves. The moving connection point C rotates on the circumference around the fulcrum E as the movement connection point B moves.
[0028]
In the piston-crank mechanism in the present embodiment, the value of the angle (runout angle φ) formed by the line ZZ (the axial center line of the cylinder 20) and the axial center line of the second connecting link 54 is a single link type. The value is smaller than the deflection angle of the connecting rod in the piston-crank mechanism. That is, with the reciprocating motion of the piston 30, the second connection link 54 moves in a state close to being parallel to the line ZZ. This is because the moving connection point B (the lower end portion of the second connection link 54) reciprocates on an arc whose center is the fulcrum D and whose radius is the length of the support link 56. This is because the distance from Z falls within a small range. On the other hand, in the single link type piston-crank mechanism, the lower end portion of the connecting rod rotates on a circumference whose center is the crankshaft drive shaft and whose radius is the length of the crank arm. Therefore, the distance between the lower end portion of the connecting rod and the axial center line of the cylinder is increased, and the deflection angle φ is increased.
[0029]
The linkage ratio in the present embodiment is represented by the ratio between the length of the first connecting link 52 and the length of the crank arm portion 44 of the crankshaft 40 (FIG. 1). In the present embodiment, this is because the second connecting link 54 moves in a state close to being parallel to the line ZZ (the axial center line of the cylinder 20), so that the first connecting link 52 is a single link type piston-crank. This is because it works close to that of the connecting rod in the mechanism.
[0030]
In the single link type piston-crank mechanism, the value of the linkage ratio (the length of the connecting rod / the length of the crank arm) cannot be made smaller than 2.0 due to the problem of interference between the piston and the crankshaft. On the other hand, in the piston-crank mechanism of the present embodiment, the locus of the movement connection point B (the upper end portion of the first connection link 52) accompanying the reciprocating motion of the piston 30 is the movement connection point C (the lower end portion of the first connection link 52). The problem does not occur even if it overlaps the circumference that is the locus of). This is because there is no interference between the piston 30 and the crankshaft 40 (FIG. 1) because the second connection link 54 exists. Therefore, the value of the linkage ratio (the length of the first connecting link 52 / the length of the crank arm portion 44) can be set to 2.0 or less. However, also in this embodiment, the value of the linkage ratio cannot be made smaller than 1.0.
[0031]
Further, as described above, the value of the deflection angle φ in the present embodiment is in a smaller range than that of the single link type piston-crank mechanism, so that the side pressure acting on the piston can be kept small.
[0032]
FIG. 3 is an explanatory view showing an example of specific dimensions of the piston-crank mechanism in the embodiment. The value of the reaming ratio is 1.19, which is a value between 1.0 and 2.0.
[0033]
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between the crank angle and the piston speed when the rotational speed of the crankshaft is 2000 revolutions per minute. FIG. 4A shows the relationship between the crank angle and the piston speed. FIG. 4B shows the relationship between the crank rotation angle from the top dead center and the piston speed. The curve represented by the solid line in FIG. 4 is the characteristic of the piston-crank mechanism of the embodiment shown in FIG. 3, and the curve represented by the broken line in FIG. It is the characteristic of the single link type piston-crank mechanism (comparative example) comprised so that it may become. From FIG. 4A, the top dead center is a point at a crank angle of about 15 degrees in the present embodiment, and a point at a crank angle of 0 degrees in the single link type piston-crank mechanism of the comparative example. Therefore, the curve represented by the solid line in FIG. 4B is equivalent to the curve represented by the solid line in FIG. 4A translated in the negative direction by about 15 degrees of the crank angle. FIG. 4B shows that the piston speed after top dead center is higher in this example than in the comparative example. For example, when the crank rotation angle from the top dead center is 10 degrees, the piston speed is 2.727 meters per second in the present embodiment, whereas in the comparative example single-link piston-crank mechanism, the piston speed is downward. It is 2.005 meters per second. Since the piston speed before the top dead center is also higher in this embodiment than in the comparative example, the piston speed change rate (that is, the slope of the curve) near the top dead center is higher in this embodiment than in the comparative example. It can also be said.
[0034]
3, the axial center line of the second connecting link 54 is parallel to the axial center line of the cylinder 20 when the crank rotation angle from the top dead center is about 10 degrees. As described above, the axial center line of the second connecting link 54 is preferably configured to be parallel to the axial center line of the cylinder 20 after the top dead center. This is because the side pressure acting on the piston is made as small as possible. That is, the combustion load acting on the piston in the expansion stroke becomes maximum after top dead center. Accordingly, when the combustion load is large, if the angle formed by the axial center line of the cylinder 20 and the axial center line of the second connecting link 54 is reduced, the side pressure acting on the piston is reduced. This is because it can be made as small as possible. “After the top dead center” means that the crank rotation angle value from the top dead center is preferably a value in the range of 0 ° to 90 °, and a value in the range of 0 ° to 20 °. Further preferred. For example, when the crank rotation angle from the top dead center is 10 degrees, in this embodiment, the value of the deflection angle φ is 0.5 degrees and the value of the side pressure is 0.4 kN, whereas the single link type of the comparative example In the piston-crank mechanism, the value of the deflection angle φ is 3.207 degrees and the value of the side pressure is 2.6 kN.
[0035]
As shown in FIG. 2, the axial center line (line ZZ) of the cylinder 20 is offset such that the distance from the fulcrum D is closer than the drive shaft 42 (fulcrum E) of the crankshaft 40. It is preferable. This is because the angle formed by the axial center line of the cylinder 20 and the axial center line of the second connecting link 54 at the time of the maximum combustion load is reduced, and the side pressure acting on the piston is reduced. Because. That is, for example, when the line ZZ moves parallel to a point passing through the fulcrum E, the moving connection point A moves in the same way, and therefore the deflection angle φ becomes large, which is not preferable. At this time, it is possible to increase the length of the support link 56 to reduce the deflection angle φ, but the internal combustion engine body becomes large, and the length of the first connection link 52 needs to be set long. It is not preferable.
[0036]
As described above, in this embodiment, the piston-crank mechanism in the internal combustion engine is configured to connect the piston and the crankshaft by the multi-link connecting rod mechanism constituted by a plurality of links, and to set the linkage ratio small. Therefore, it is possible to increase the piston speed after top dead center without excessively increasing the side pressure acting on the piston.
[0037]
B. Variation:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.
[0038]
B1. Modification 1:
The piston-crank mechanism in the internal combustion engine of the present invention can be used for any piston engine including various internal combustion engines such as gasoline engines and diesel engines, and external combustion engines such as Stirling engines. The present invention can also be realized as a vehicle or a moving body equipped with such an engine.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing the configuration of a piston-crank mechanism in an internal combustion engine as one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory view showing a change in shape of a piston-crank mechanism accompanying movement of a piston 30;
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of specific dimensions of a piston-crank mechanism in the embodiment.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between the crank angle and the piston speed when the rotation speed of the crankshaft is 2000 rotations per minute.
[Explanation of symbols]
20 ... Cylinder 30 ... Piston 32 ... Piston pin 40 ... Crank shaft 42 ... Drive shaft 44 ... Crank arm 46 ... Crank pin 50 ... Multi-link connecting rod mechanism 52 ... first connection link 54 ... second connection link 56 ... support link 58 ... connection pin

Claims (4)

内燃機関であって、
シリンダと、
前記シリンダ内を往復運動するピストンと、
駆動軸を中心に回転するクランクシャフトと、
前記ピストンと前記クランクシャフトとを連結する複リンク式コンロッド機構と、
を備え、
前記複リンク式コンロッド機構は、前記クランクシャフトに回転可能に連結された第1連結リンクと、前記第1連結リンクに回動可能に連結されているとともに前記ピストンにピストンピンを介して連結された第2連結リンクと、前記第1連結リンクと前記第2連結リンクとの連結部に回動可能に連結されているとともに内燃機関本体の支持点に回動可能に固定された支持リンクと、を備え、
前記第1連結リンクの長さと前記クランクシャフトのクランクアーム部の長さとの比で表される連桿比の値が1.0以上で2.0以下の値に設定されている、内燃機関。
An internal combustion engine,
A cylinder,
A piston that reciprocates in the cylinder;
A crankshaft that rotates around a drive shaft;
A multi-link connecting rod mechanism connecting the piston and the crankshaft;
With
The multi-link connecting rod mechanism is rotatably connected to the crankshaft, is rotatably connected to the first connecting link, and is connected to the piston via a piston pin. A second connection link; and a support link rotatably connected to a connection portion between the first connection link and the second connection link and fixed to a support point of the internal combustion engine body. Prepared,
An internal combustion engine, wherein a linkage ratio value represented by a ratio between a length of the first connection link and a length of a crank arm portion of the crankshaft is set to a value of 1.0 or more and 2.0 or less.
請求項1記載の内燃機関であって、
前記複リンク式コンロッド機構は、前記第2連結リンクの軸方向中心線が、前記ピストンの上死点の後に前記シリンダの軸方向中心線と平行になるように構成されている、内燃機関。
The internal combustion engine according to claim 1,
The multi-link connecting rod mechanism is an internal combustion engine configured such that an axial center line of the second connection link is parallel to an axial center line of the cylinder after the top dead center of the piston.
請求項1または請求項2記載の内燃機関であって、
前記シリンダの軸方向中心線は、前記クランクシャフトの駆動軸よりも、前記内燃機関本体の前記支持点からの距離が近くなるようにオフセットされている、内燃機関。
An internal combustion engine according to claim 1 or claim 2,
An internal combustion engine in which an axial center line of the cylinder is offset such that a distance from the support point of the internal combustion engine body is closer than a drive shaft of the crankshaft.
内燃機関であって、
シリンダと、
複リンク式ピストン−クランク機構と、
を備え、
前記複リンク式ピストン−クランク機構は、前記シリンダ内を往復運動するピストンと、駆動軸を中心に回転するクランクシャフトと、前記ピストンと前記クランクシャフトとを複数のリンクにより連結する複リンク式コンロッド機構と、を備え、
前記複リンク式ピストン−クランク機構は、前記ピストンのストロークが前記複リンク式ピストン−クランク機構と同じ値となるように構成された単リンク式ピストン−クランク機構に比べて、ピストン上死点近傍のピストン速度変化率が大きくなるように構成されている、内燃機関。
An internal combustion engine,
A cylinder,
A multi-link piston-crank mechanism;
With
The multi-link piston-crank mechanism includes a piston that reciprocates in the cylinder, a crankshaft that rotates about a drive shaft, and a multi-link connecting rod mechanism that connects the piston and the crankshaft by a plurality of links. And comprising
The multi-link piston-crank mechanism is closer to the top dead center of the piston than a single-link piston-crank mechanism configured so that the stroke of the piston has the same value as the multi-link piston-crank mechanism. An internal combustion engine configured to increase a piston speed change rate.
JP2003167353A 2003-06-12 2003-06-12 Internal combustion engine with double link type connecting rod mechanism Pending JP2005003093A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003167353A JP2005003093A (en) 2003-06-12 2003-06-12 Internal combustion engine with double link type connecting rod mechanism

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003167353A JP2005003093A (en) 2003-06-12 2003-06-12 Internal combustion engine with double link type connecting rod mechanism

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005003093A true JP2005003093A (en) 2005-01-06

Family

ID=34093180

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003167353A Pending JP2005003093A (en) 2003-06-12 2003-06-12 Internal combustion engine with double link type connecting rod mechanism

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2005003093A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007239508A (en) * 2006-03-06 2007-09-20 Nissan Motor Co Ltd Reciprocating engine
WO2023123871A1 (en) * 2021-12-28 2023-07-06 孙鑫 Dual-connection crank-piston mechanism

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007239508A (en) * 2006-03-06 2007-09-20 Nissan Motor Co Ltd Reciprocating engine
WO2023123871A1 (en) * 2021-12-28 2023-07-06 孙鑫 Dual-connection crank-piston mechanism

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3968967B2 (en) Variable compression ratio mechanism of reciprocating internal combustion engine
US7228838B2 (en) Internal combustion engine
US6491003B2 (en) Variable compression ratio mechanism for reciprocating internal combustion engine
US8074613B2 (en) Variable compression ratio apparatus
US7392781B2 (en) Crankshaft of piston crank mechanism
JP4387770B2 (en) Internal combustion engine
US8646420B2 (en) Variable compression ratio apparatus
JP2001050362A (en) Piston crank mechanism
JP2009030458A (en) Spark ignition internal combustion engine
JP2006200375A (en) Crank mechanism for 2-cycle internal combustion engine
JP2006052667A (en) Reciprocating internal combustion engine
JP2005003093A (en) Internal combustion engine with double link type connecting rod mechanism
JP3991550B2 (en) Internal combustion engine with variable compression ratio mechanism
JP4586747B2 (en) Reciprocating engine
JP2017218919A (en) Variable compression ratio Mechanical Atkinson cycle engine
GB2273327A (en) A mechanism for converting reciprocatory to rotary motion
JP4760453B2 (en) Reciprocating engine
JP4119151B2 (en) Internal combustion engine
JP4581675B2 (en) Internal combustion engine
JP4978300B2 (en) Internal combustion engine
JP2005147339A (en) Cylinder direct injection type diesel engine
JP4206219B2 (en) Internal combustion engine
Tomita et al. Compact and long-stroke multiple-link VCR engine mechanism
JPH10259735A (en) Crank mechanism for reciprocating engine
JP2005180302A (en) Piston drive unit for internal combustion engine